钢中夹杂物控制原理修订稿

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钢中夹杂物控制原理钢中氧的存在形式

T[O]=[O]溶+[O]夹

（1）转炉吹炼终点：

[O]夹=>0，T[O]→[O]溶＝200～1000ppm

[O]溶决定于：

l 钢中[C]，转炉吹炼终点钢中[C]与a[O] 关系如图 l 渣中(FeO)；

l 钢水温度。 1 顶底复吹转炉炉龄

C–Fe的选择性氧化平衡点

根据式 [C] + [O] = {CO} (1) lg (Pco/ac* [%O])= 1149/T–2.002

以及反应 [Fe] + [O] = （FeO） (2) lg aFeo/[%O] = 6317/T – 2.739

得到反应（FeO）+ [C] = [Fe] + {CO} (3) lg (Pco/ac* aFeo)= –5170/T+4.736 结论钢液中C-Fe的选择性氧化平衡点为[C]＝0.035％，也就是说终点[C] < 0.035％时，钢水的过氧化比较严重。图1-1的统计数据也说明了这点。同时由式(1)可以求出此时熔池中的平衡氧含量为740ppm。

理论分析

1）终点

时钢水的

当终点[C]在0.02～0.04Ⅰ）有些

2）温度对氧含量的影响

200400

600800100012001400

16001800160016201640166016801700172017401760

终点温度（℃）终点氧含量（p p m ）

在终点[C] = 0.025~0.04%时，终点氧含量虽然较分散，但总的趋势是随着终点温度的升高，终点氧基本呈上升趋势。

渣中（FeO+MnO ）增加，终点[O]有增加趋势；

图1-3<2500炉终点C-O关系图1-4 2500~5000炉终点C-O关系

钢中夹杂物控制原理

（2）钢包脱氧合金化＋精炼后：

[O]溶=>0 T[O]=[O]夹

Al－K钢：

[Al]S=0.02-0.05％，[O]溶=4-8ppm（图2）

如在连铸坯中测定T[O]=20ppm，说明除[O]溶外，氧化物夹杂[O]夹为12－18ppm，说明钢中很干净。

Si-K 钢：

用Si、Mn脱氧平衡[O]溶含量如图3。仅用Si、Mn脱氧钢中[O]溶为40～60ppm，在结晶器内凝固时铸坯易产生皮下气孔。

图2钢中[Al]S与[O]溶关系

人们预测2000年后生产超洁净钢，钢中T[O]要达到5ppm 水平，

T[O]＝[O]溶＋[O]夹杂

解决途径： 生产“零夹杂物”钢：

[O]夹杂→0，即钢中夹杂物完全去除；

进一步降低[O]溶

对于Al-K 钢，炉外精炼改变Al-O 热力学平衡，Al2O3溶于渣中

可使熔渣中Al2O3活度达到0.001，与[Al]S 相平衡的[O]溶<1ppm 。（效果有限）

对于Si-K 钢，炉外精炼控制炉渣组成，使SiO2溶于铝酸钙渣

中，降低aSiO2,可使钢中[O]溶降到与Al-K 钢水平。（可行）

根据各类物的形态和分布，把中的夹杂物分为四个基本类型

A 类——硫化物类型

图3 Deoxidation equilibria with Si/Mn for the deoxidation

product saturated with Al 2O 3

B类——氧化铝类型

C类——硅酸盐类型

D类——球状氧化物类型

A类夹杂物

属塑性夹杂物，经锻轧加工以后沿加工方向变形，成纺锤状。

随着夹杂物的化学成分的不同，通常在明视场下呈浅灰色、蓝灰色或亮黄色；在暗场下呈不透明或弱透明。

B类夹杂物

脆且容易断裂，其在经轧制加工后沿加工方向排列成链状。

在明视场下多呈暗灰色，少数不常见的氧化物也呈亮灰色。在暗视场下多位不透明，少数呈透明的。

C类夹杂物

有易变形和不易变形的两种。

易变形的硅酸盐夹杂与硫化物相似，沿加工方向延伸呈线段状，在明视场下呈暗灰色，在暗视场下透明。铁硅酸盐（2Fe•SiO2）、硅锰酸盐（2MnO•SiO2）、锰偏硅酸盐（MnO•SiO2）都属于易变形硅酸盐。

不易变形的硅酸盐夹杂物，以氧化物相似，沿加工方向呈颗粒状分布。铝硅酸盐（Al2O3•SiO2）、钙硅酸盐（CaO•SiO2）等属于不易变形硅酸盐。

D类夹杂物

为氧化物或硅酸盐，这种夹杂物精加工后是不变形的，仍以点球状存在。

B类夹杂物使钢材表面质量和性能恶化。

为了克服这一缺点，必须减少这类夹杂物的数量并且改变氧化物的性质，以降低甚至消除其危害。

由以上分析可知，要降低钢中T[O],就是要减少钢中夹杂物，降低[O]夹，降低[O]夹其方法是：

1)去除脱氧产物

它决定于：

夹杂物形成；

夹杂物传输到钢/渣界面；

渣相吸附夹杂物。

方法：控制脱氧产物+炉外精炼＋搅拌

→T[O]=20~40ppm

就脱氧而言，分三种情况：

硅镇静钢（用硅＋锰脱氧）

硅－铝镇静钢（Si＋Mn＋少量Al脱氧）

铝镇静钢（用过剩Al脱氧[Al]s>0.01％）

a)用Si+Mn脱氧

如图4所示：

形成的脱氧产物有：

纯SiO2（固体）；

MnO·SiO2(液体)；

MnO·FeO(固溶体)。图4 FeO-MnO-SiO2三元相图